软件体系结构19VIP

1、内蒙古大学计算机学院2012年9月内蒙古大学计算机学院 出版社：出版社：清华大学出版社清华大学出版社 作者：作者：张友生张友生内蒙古大学计算机学院软件体系结构概论软件体系结构概论内蒙古大学计算机学院软件危机软件危机 是指在计算机软件的是指在计算机软件的开发开发和和维护维护过程中所遇到的过程中所遇到的一系列一系列严重问题严重问题。软件危机的表现软件危机的表现 软件成本日益增长软件成本日益增长 开发进度难以控制开发进度难以控制 软件质量差软件质量差 软件维护困难软件维护困难内蒙古大学计算机学院 软件成本日益增长软件成本日益增长 2020世纪世纪5050年代，软件成本在整个计算机系统成本中所占的年代

2、，软件成本在整个计算机系统成本中所占的比例为比例为10%-20%10%-20%。到。到2020世纪世纪6060年代中期，软件成本在计算机年代中期，软件成本在计算机系统中所占的比例已经增长到系统中所占的比例已经增长到50%50%左右。左右。 而且，该数字还在不断地递增，下面是一组来自美国空军计而且，该数字还在不断地递增，下面是一组来自美国空军计算机系统的数据：算机系统的数据：19551955年，软件费用约占总费用的年，软件费用约占总费用的18%18%，19701970年达到年达到60%60%，19751975年达到年达到72%72%，19801980年达到年达到80%80%，19851985年年

3、达到达到85%85%左右。左右。内蒙古大学计算机学院开发进度难以控制开发进度难以控制 由于软件是逻辑、智力产品，软件的开发需建立庞大的逻辑体系，由于软件是逻辑、智力产品，软件的开发需建立庞大的逻辑体系，这是与其他产品的生产不一样的。这是与其他产品的生产不一样的。 在软件开发过程中，用户需求变化等各种意想不到的情况层出不穷，在软件开发过程中，用户需求变化等各种意想不到的情况层出不穷，令软件开发过程很难保证按预定的计划实现，给项目计划和论证工令软件开发过程很难保证按预定的计划实现，给项目计划和论证工作带来了很大的困难。作带来了很大的困难。 盲目增加软件开发人员并不能成比例地提高软件开发能力。相反，

4、盲目增加软件开发人员并不能成比例地提高软件开发能力。相反，随着人员数量的增加，人员的组织、协调、通信、培训和管理等方随着人员数量的增加，人员的组织、协调、通信、培训和管理等方面的问题将更为严重。面的问题将更为严重。内蒙古大学计算机学院软件质量差软件质量差 软件项目即使能按预定日期完成，结果却不尽人意。软件项目即使能按预定日期完成，结果却不尽人意。19651965年至年至19701970年，美国范登堡基地发射火箭多次失败，年，美国范登堡基地发射火箭多次失败，绝大部分故障是由应用程序错误造成的。绝大部分故障是由应用程序错误造成的。 在在“软件作坊软件作坊”里，由于缺乏工程化思想的指导，程序里，由于

5、缺乏工程化思想的指导，程序员几乎总是习惯性地以自己的想法去代替用户对软件的员几乎总是习惯性地以自己的想法去代替用户对软件的需求，软件设计带有随意性，很多功能只是程序员的需求，软件设计带有随意性，很多功能只是程序员的“一厢情愿一厢情愿”而已，这是造成软件不能令人满意的重要而已，这是造成软件不能令人满意的重要因素。因素。内蒙古大学计算机学院 软件维护困难软件维护困难 由于在软件设计和开发过程中，没有严格遵循软件开发标准，由于在软件设计和开发过程中，没有严格遵循软件开发标准，各种随意性很大，没有完整的真实反映系统状况的记录文档，各种随意性很大，没有完整的真实反映系统状况的记录文档，给软件维护造成了巨

6、大的困难。给软件维护造成了巨大的困难。 特别是在软件使用过程中，原来的开发人员可能因各种原因已特别是在软件使用过程中，原来的开发人员可能因各种原因已经离开原来的开发组织，使得软件几乎不可维护。经离开原来的开发组织，使得软件几乎不可维护。 有资料表明，工业界为维护软件支付的费用占全部硬件和软件有资料表明，工业界为维护软件支付的费用占全部硬件和软件费用的费用的40%-75%40%-75%。内蒙古大学计算机学院用户需求不明确 在软件开发完成之前，用户不清楚软件的具体需求； 用户对软件需求的描述不精确，可能有遗漏、有二义性、甚至有错误； 在软件开发过程中，用户还提出修改软件功能、界面、支撑环境等方面的

7、要求； 开发人员对用户需求的理解与用户本来愿望有差异。 内蒙古大学计算机学院缺乏正确的理论指导 缺乏有力的方法学和工具方面的支持。由于软件不同于大多数其他工业产品，其开发过程是复杂的逻辑思维过程，其产品极大程度地依赖于开发人员高度的智力投入。由于过分地依靠程序设计人员在软件开发过程中的技巧和创造性，加剧软件产品的个性化，也是发生软件危机的一个重要原因。 内蒙古大学计算机学院软件规模越来越大 随着软件应用范围的增广，软件规模愈来愈大。大型软件项目需要组织一定的人力共同完成，而多数管理人员缺乏开发大型软件系统的经验，而多数软件开发人员又缺乏管理方面的经验。各类人员的信息交流不及时、不准确、有时还会

8、产生误解。 软件项目开发人员不能有效地、独立自主地处理大型软件的全部关系和各个分支，因此容易产生疏漏和错误。 内蒙古大学计算机学院软件复杂度越来越高 软件不仅仅是在规模上快速地发展扩大，而且其复杂性也急剧地增加。软件产品的特殊性和人类智力的局限性，导致人们无力处理“复杂问题”。 所谓“复杂问题”的概念是相对的，一旦人们采用先进的组织形式、开发方法和工具提高了软件开发效率和能力，新的、更大的、更复杂的问题又摆在人们的面前。 内蒙古大学计算机学院如何克服软件危机 软件危机的原因：“人们面临的不光是技术问题，更重要的是管理问题。管理不善必然导致失败 。” 要提高软件开发效率，提高软件产品质量，必须采

9、用工程化的开发方法与工业化的生产技术-软件工程 在技术上，应该采用基于重用的软件生产技术； 在管理上，应该采用多维的工程管理模式。 内蒙古大学计算机学院软件工程的三大要素： 方法：完成软件工程项目的技术手段 工具：为软件工程方法提供自动或半自动的软件支撑环境 过程：软件工程的方法和工具综合起来以达到合理、及时地进行计算机软件开发的目的内蒙古大学计算机学院当前社会的信息化过程对软件需求的增长非常迅速，但是目前软件的开发与生产能力却相对不足。提高软件开发效率和软件产品质量，则必须采用工程化的开发方法与工程化的生产技术。 技术方面：采用基于重用的软件生产技术 管理方面：采用多维的工程管理模式内蒙古大

10、学计算机学院在工程化的软件开发过程中 构件是核心和基础 重用是必要的手段内蒙古大学计算机学院构件 是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统； 结构上，它是语义描述、通讯接口和实现代码的复合体。具有一定功能，能够独立工作或能同其他构件装配起来协调工作的程序体，使用上同它的开发、生产无关。内蒙古大学计算机学院软件重用 是指在两次或多次不同的软件开发过程中重复使用相同或相近软件元素的过程。 软件元素包括： 程序代码 测试用例 设计文档 设计过程 需求分析文档 领域知识内蒙古大学计算机学院构件模型 是对构件本质特征的抽象描述。构件模型的三个主要流派： omg（

11、object management group，对象管理集团）的corba（common object request broker architecture，通用对象请求代理结构） sun的ejb（enterprise java bean） microsoft的dcom（distributed component object model，分布式构件对象模型）。 内蒙古大学计算机学院构件获取途径： 从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作适应性修改，得到可重用的构件； 通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出来，得到可重用的构件； 从市场上购买现成的商业构件，即cots（commer

12、cial off-the-shell）构件； 开发新的符合要求的构件。 内蒙古大学计算机学院构件描述 构件模型是对构件本质的抽象描述，主要是为构件的制作与构件的重用提供依据； 从管理角度出发，也需要对构件进行描述，例如：实现方式、实现体、注释、生产者、生产日期、大小、价格、版本和关联构件等信息，它们与构件模型共同组成了对构件的完整描述。内蒙古大学计算机学院构件分类与组织 为了给使用者在查询构件时提供方便，同时也为了更好地重用构件，必须对收集和开发的构件进行分类并置于构件库德适当位置。 构件库组织方法的要求： 支持构件库的各种维护动作 不仅要支持精确匹配，还要支持相似构件的查找 不仅能进行简单的

13、语法匹配，而且能够查找在功能或行为方面的等价或相似的构件 对应用领域具有较强的描述能力和较好的描述精度 库管理员和用户容易使用内蒙古大学计算机学院分类方法： 关键字分类法 是一种最简单的构件库组织方法。思路是：根据领域分析的结果将应用领域的概念按照从抽象到具体的顺序逐次分解为树形或有向无回路图结构。 每个概念用一个描述性的关键字表示。 不可分解的原子级关键字包含隶属它的某些构件。内蒙古大学计算机学院图形用户界面键盘事件处理拖放处理数据录入对话框信息对话框文字窗口图形窗口对话框菜单事件处理窗口点击处理弹出式菜单主菜单内蒙古大学计算机学院刻面分类法 定义若干用于刻画构件特征的“面”，每个面包含若干

14、概念，这些概念表述构件在面上的特征。 刻面可以描述 构件执行的功能 被操作的数据 构件应用的语境 任意其他特征 格式： function, object type, system type, . 内蒙古大学计算机学院超文本组织法 是基于全文检索技术。 是所有构件必须辅以详尽的功能或行为说明文档。 说明中出现的重要概念或构件以网状链接方式相互连接； 检索者在阅读文档的过程中可按照人类的联想思维方式任意跳转到包含相关概念或构件的文档。 全文检索系统将用户给出的关键字与说明文档中的文字进行匹配，实现构件的浏览式检索。内蒙古大学计算机学院内蒙古大学计算机学院商业构件的分类： 用户界面类、数据库类 商务

15、应用类 工具类、网络通讯类 核心技术类内蒙古大学计算机学院构件的外部形态分类： 独立而成熟的构件 有限制的构件 适应性构件 装配的构件 可修改的构件内蒙古大学计算机学院 人员及权限管理 访问构件库的不用使用者的访问权限作出适当的限制，以保证数据安全。 一般来讲，构件库系统可包括五类用户，即注册用户、公共用户、构件提交者、一般系统管理员和超级系统管理员。 内蒙古大学计算机学院构件重用 为了让构件在新的软件项目中发挥作用，构件库的使用者必须完成以下的工作： 检索与提取构件 理解与评价构件 修改构件 构件组装内蒙古大学计算机学院检索与提取构件 基于关键字的检索 刻面检索法 构造查询 检索构件 对构件

16、进行排序 超文本检索法 其他检索方法内蒙古大学计算机学院理解与评价构件 构件的功能与行为 相关的领域知识 可适应性约束条件与例外情形 可以预见的修改部分及修改方法内蒙古大学计算机学院修改构件 理想的情形是对库中的构件不作修改而直接用于新的软件项目。 但是，在大多数情况下，必须对构件进行或多或少的修改，以适应新的需求。 为了减少构件修改的工作量，要求开发人员尽量使构件的功能、行为和接口设计更为抽象化、通用化和参数化。内蒙古大学计算机学院基于功能的组装技术 基于功能的组装技术采用子程序调用和参数传递的方式将构件组装起来。它要求库中的构件以子程序/过程/函数的形式出现，并且接口说明必须清晰。当使用这

17、种组装技术进行软件开发时，开发人员首先应对目标软件系统进行功能分解，将系统分解为强内聚、松耦合的功能模块。然后根据各模块的功能需求提取构件，对它进行适应性修改后再挂接在上述功能分解框架中。内蒙古大学计算机学院基于数据的组装技术 首先根据当前软件问题的核心数据结构设计出一个框架，然后根据框架中各结点的需求提取构件并进行适应性修改，再将构件逐个分配至框架中的适当位置。此后，构件的组装方式仍然是传统的子程序调用与参数传递。这种组装技术也要求库中构件以子程序形式出现，但它所依赖的软件设计方法不再是功能分解，而是面向数据的设计方法，例如jackson系统开发方法。 内蒙古大学计算机学院面向对象的组装技术

18、 如果类库中的基类能够满足新软件需求，则可以直接应用；否则，必须以类库中的基类为父类，采用构造法或子类法生成子类。 构造法 在子类中引进基类的对象作为子类的成员变量，然后在子类中通过成员变量重用基类的属性和方法。 子类法 将新子类直接说明为库中基类的子类，通过继承和修改基类的属性与行为完成新子类的定义。内蒙古大学计算机学院class personpublic:person(char *name,int age)person();protected:char *name;int age;/基类构造函数person:person(char * name,int age)person:name=ne

19、w charstrlen(name)+1;strcpy(person:name,name);person:age=age;coutconstruct person name,age.n;/基类析构函数person:person()coutdestruct person name,age.n;delete name;return;内蒙古大学计算机学院/采用构造法生成teacherclass teacherpublic:teacher(char *name,int age,char *teaching);teacher();protected:tperson* person;char *cours

20、e;teacher:teacher(char *name,int age,char *teaching)tperson=new person(name,age);strcpy(course,teaching);return;teacher:teacher()delete tperson;内蒙古大学计算机学院class personpublic:person(char *name,int age)person();protected:char *name;int age;/基类构造函数person:person(char * name,int age)person:name=new charst

21、rlen(name)+1;strcpy(person:name,name);person:age=age;coutconstruct person name,age.n;/基类西沟函数person:person()coutdestruct person name,age软件需求软件体系结构软件设计软件实现”，可以认为软件体系结构架起了软件需求与软件设计之间的一座桥梁。 内蒙古大学计算机学院基于体系结构的软件开发方法（2） 软件开发模型是跨越整个软件生存周期的系统开发、运行、维护所实施的全部工作和任务的结构框架，给出了软件开发活动各阶段之间的关系。 目前，常见的软件开发模型大致可分为三种类型:

22、（1）以软件需求完全确定为前提的瀑布模型。 （2）在软件开发初始阶段只能提供基本需求时采用的渐进式开发模型，如螺旋模型等。 （3）以形式化开发方法为基础的变换模型。内蒙古大学计算机学院基于体系结构的软件开发方法（3） 所有开发方法都是要解决需求与实现之间的差距。 但是，这三种类型的软件开发模型都存在这样或那样的缺陷，不能很好地支持基于软件体系结构的开发过程。 在基于构件和基于体系结构的软件开发逐渐成为主流情况下，已经出现了基于构件的软件工程。 但是，对体系结构的描述、表示、设计和分析以及验证等内容的研究还相对不足，随着需求复杂化及其演化，切实可行的体系结构设计规则与方法将更为重要。内蒙古大学计算机学院特定领域的体系结构框架 特定领域的体系结构是将体系结构理论应用到具体领域的过程。 常见的dssa有： case体系结构、cad软件的参考模型、信息系统的参考体系结构、网络体系结构dssa、机场信息系统的体系结构和信息处理dssa等。 国内学者提出的dssa有： 北京邮电大学周莹新博士提出的电信软件的体系结构 北京航空航天大学金茂忠教授等人提出的测试环境的体系结构等。内蒙古大学计算机学院软件体系结构支持工具 几乎每种体系结构都有